(57)【要約】【課題】  隣接配置した太陽電池素子の裏面の端部に設けられた極性の異なる電極端子同士を接続する際に、太陽電池素子の裏面にはんだが付着し難く、また素子に熱応力による損傷が生じ難い電極接続線材等を提供する。【解決手段】  本発明の電極接続線材１は、隣接配置した太陽電池素子の裏面の端部に設けられた極性の異なる電極端子同士を接続するものであって、低熱膨張Ｆｅ基合金で形成された芯材２と、前記芯材２の表面の中央部に積層形成された分離帯部３と、前記分離帯部３の両側の芯材表面に被覆形成された接続用はんだ部４，４とを有する。前記分離帯部３はその表面に不働態皮膜を有し、前記接続用はんだ部は溶融はんだめっきにより形成されたものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接配置した太陽電池素子の裏面の端部に設けられた極性の異なる電極端子同士を接続する電極接続線材であって、
低熱膨張材で形成された芯材と、前記芯材の表面の中央部に積層形成された分離帯部と、前記分離帯部の両側の芯材表面に被覆形成された接続用はんだ部とを有し、前記分離帯部はその表面に不働態皮膜を有し、前記接続用はんだ部は溶融はんだめっきにより形成された、太陽電池用電極接続線材。
【請求項２】
前記低熱膨張材は、熱膨張係数１〜５ ppm／℃のＦｅ基合金で形成された請求項１に記載した太陽電池用電極接続線材。
【請求項３】
前記低熱膨張材は、中間層の両側に外層が積層形成され、前記外層は熱膨張係数１〜５ ppm／℃のＦｅ基合金で形成され、前記中間層は純ＣｕあるいはＣｕを主成分とするＣｕ基合金で形成された請求項１に記載した太陽電池用電極接続線材。
【請求項４】
前記分離帯部は、純ＡｌあるいはＡｌを主成分としたＡｌ基合金で形成された請求項１から３のいずれか１項に記載した太陽電池用電極接続線材。
【請求項５】
前記分離帯部は、Ａｌ−Ｆｅ金属間化合物で形成された請求項１から３のいずれかに記載した太陽電池用電極接続線材。
【請求項６】
前記芯材の両側面及び裏面に被覆用はんだ部が被覆形成された請求項１から５のいずれか１項に記載した太陽電池用電極接続線材。
【請求項７】
裏面の両端部に極性の異なる電極端子が形成された太陽電池素子が、極性の異なる電極端子が対向するように隣接配置され、隣接配置された太陽電池素子の極性の異なる電極端子同士が請求項１から６のいずれか１項に記載された電極接続線材で接続された太陽電池であって、
前記電極接続線材の一方の接続用はんだ部が前記一方の太陽電池素子の電極端子にはんだ付けされ、前記電極接続線材の他方の接続用はんだ部が前記他方の太陽電池端子の電極にはんだ付けされた、太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣接配置された太陽電池素子の極性の異なる電極同士を接続する電極接続線材及びこれによって接続された太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子は、ＰＮ接合を有するシリコン半導体で形成された半導体基板を備え、その表面に線状に設けられた複数の表面電極（受光面電極）には電極接続線材がはんだ付けされている。太陽電池は、通常、所望の起電力を得るために複数の太陽電池素子が直列に接続された構造を有する。太陽電池素子は、一方の太陽電池素子の表面電極と隣接する他方の太陽電池素子の裏面電極とに前記電極接続線材をはんだ付けすることによって接続される。前記電極接続線材３１は、図４に示すように、薄肉銅帯で形成された芯材３２に溶融はんだめっきが施されたものであり、前記芯材３２の外周面には、円弧状に膨らんだはんだ部３４，３５，３６が形成される。
【０００３】
近年、半導体基板の薄肉化が図られており、半導体基板と電極接続線材との熱膨張率差によって、電極接続線材をはんだ付けする際に、半導体基板に大きな熱応力が生じ、これにより基板が割損するおそれがある。そこで、電極接続線材３１の芯材３２として、半導体材料との熱膨張率差の小さい材料が用いられるようになってきた。このような材料としては、例えば特開昭６０−１５９３７号公報（特許文献１）には、Ｆｅ、Ｎｉの合金であるインバー（代表的組成：Ｆｅ−３６％Ｎｉ）で形成された中間層の両面に銅層を積層一体化したクラッド材が提案されている。
【特許文献１】特開昭６０−１５９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のように、太陽電池素子の表面電極を電極接続線材により隣接する太陽電池の裏面電極に直列接続する場合、電極接続線材を太陽電池素子の上側から下側に移行して接続する必要があるため、はんだ付け作業が複雑となり、生産コスト高の要因になっている。また、前記接続方法では、太陽電池素子間に３〜４mm程度の間隔を設ける必要があり、太陽電池の全面積に占める太陽電池素子の面積割合が低下し、実装率の低下により発電効率の低下を招来している。
【０００５】
このため、太陽電池素子の裏面の両端部にそれぞれ極性の異なる電極端子を設けるようにしたものが検討されている。この太陽電池素子の接続については、極性の異なる電極端子が対向するように前記太陽電池素子を隣接配置し、隣接配置した太陽電池素子の極性の異なる電極端子同士を、前記電極接続線材３１と同様の構造を有する電極接続線材を用いてはんだ付けすることが試みられている。このタイプの太陽電池素子では、素子同士を１mm程度の間隔を置いて隣接配置することができるため、素子の実装率を上げることができ、また電極接続線材を表面側から裏面側に接続する必要がないので接続作業も容易になる。なお、太陽電池素子の裏面は裏面電極（アルミペースト電極）が形成されており、表面電極はこの裏面電極と絶縁された状態で素子の裏面の端部に電極端子が形成され、一方、裏面電極は素子の裏面の他端部にその電極端子が形成される。
【０００６】
しかしながら、図５に示すように、前記電極接続線材を用いて、隣接する太陽電池素子Ｃ１，Ｃ２の対向する電極端子Ｂ，Ａ同士をはんだ付けすると、中央部が膨らんだはんだ部３４が溶けて、溶融はんだが太陽電池素子Ｃ１，Ｃ２の裏面にも付着するという問題がある。太陽電池素子（半導体基板）Ｃ１，Ｃ２の裏面にはんだ３４Ａが付着すると、太陽電池素子が電気的に短絡してしまい、性能が劣化する。また、前記電極接続線材３１は、半導体基板と熱膨張率の差が大きく、基板の板厚が２００μm 程度に薄肉化されている現状では、はんだ付けの際に半導体基板が熱応力により割損するおそれがある。
【０００７】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、隣接配置した太陽電池素子の裏面の端部に設けられた極性の異なる電極端子同士を電気的に接続する際に、太陽電池素子の裏面にはんだが付着し難く、また素子に熱応力による損傷が生じ難い電極接続線材、およびその電極接続線材により接続された太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電極接続線材は、隣接配置した太陽電池素子の裏面の端部に設けられた極性の異なる電極端子同士を接続するものであって、低熱膨張材で形成された芯材と、前記芯材の表面の中央部に積層形成された分離帯部と、前記分離帯部の両側の芯材表面に被覆形成された接続用はんだ部とを有し、前記分離帯部はその表面に不働態皮膜を有し、前記接続用はんだ部は溶融はんだめっきにより形成されたものである。
【０００９】
この電極接続線材によると、電極接続線材の芯材は低熱膨張材で形成されているので、電極接続線材を太陽電池素子の電極端子にはんだ付けする際、太陽電池素子の半導体基板に生じる熱応力を軽減することができ、半導体基板の割損を防止することができる。また、前記芯材の表面中央部の分離帯部には、はんだ部が形成されていないので、前記はんだ付けの際に、太陽電池素子の裏面に溶融はんだが付着するおそれがなく、はんだ付け作業性に優れる。また、前記分離帯部は、その表面に不働態皮膜を有するため、溶融はんだとの濡れ性が悪く、生産性の高い溶融はんだめっきによって、前記分離帯部の表面に溶融はんだめっき部を形成することなく、その両側に接続用はんだ部を簡単容易に形成することができ、生産性に優れる。
【００１０】
前記芯材を形成する低熱膨張材としては、入手が容易で、半導体基板の熱膨張係数に近似した熱膨張係数１〜５ ppm／℃のＦｅ基合金を用いることが好ましい。
また、前記低熱膨張材として、単層のものに限らず、純ＣｕあるいはＣｕを主成分とするＣｕ基合金で形成した中間層の両側に前記低熱膨張Ｆｅ基合金で形成した外層を積層形成した複層のものでもよい。かかる中間層を設けることにより、芯材の導電性を向上させることができ、太陽電池の発電損失を軽減することができる。
【００１１】
前記分離帯部は、純ＡｌあるいはＡｌを主成分としたＡｌ基合金（これらを併せて「アルミニウム系金属」という。）、あるいはＡｌ−Ｆｅ金属間化合物によって形成することができる。アルミニウム系金属は、入手が容易で、低コストであり、その表面に不働態皮膜（緻密な酸化膜）が容易に形成される。このため、芯材に分離帯部を形成した複合材を溶融はんだ浴に浸漬するだけで、分離帯部の表面を除いて、その周りにはんだ部（溶融はんだめっき部）を容易に形成することができる。また、Ａｌ−Ｆｅ金属間化合物は、アルミニウム系金属と同様、不働態皮膜が容易に形成され、また黒色であるため、黒色系の太陽電池素子の間隙を目立たないようにすることができる。
【００１２】
また、はんだ部は、前記接続用はんだ部のほか、芯材の両側面及び裏面に被覆用はんだ部を被覆形成することができる。被覆用はんだ部を設けることで、芯材の耐食性を向上させることができ、また導電性を向上させることができる。これらの被覆はんだ部も溶融はんだめっきによって容易に一体的に形成することができる。
【００１３】
本発明の太陽電池は、裏面の両端部に極性の異なる電極端子が形成された太陽電池素子が、極性の異なる電極端子が対向するように隣接配置され、隣接配置された太陽電池素子の極性の異なる電極端子同士が上記電極接続線材で接続された太陽電池であって、前記電極接続線材の一方の接続用はんだ部が前記一方の太陽電池素子の電極端子にはんだ付けされ、前記電極接続線材の他方の接続用はんだ部が前記他方の太陽電池端子の電極にはんだ付けされたものである。
この太陽電池によると、電極接続線材によって隣接する太陽電池素子の相異なる電極端子同士をはんだ付けにより接続する際に、電極接続線材の表面中央部にははんだ部を有しない分離帯部が形成されているので、太陽電池素子の裏面にはんだが付着するおそれがなく、はんだ付け作業が容易であり、不良品が発生し難い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の太陽電池用電極接続線材によれば、低熱膨張材によって形成された芯材の表面中央部に、溶融はんだとの濡れ性が悪い不働態皮膜を有する分離帯部が形成されているので、電極接続線材を隣接する太陽電池素子の電極端子同士にはんだ付けする際、太陽電池素子の半導体基板に生じる熱応力を軽減することができ、また太陽電池素子の裏面に溶融はんだが付着するおそれがなく、はんだ付け作業性に優れ、不良品が発生し難い。さらに、前記分離帯部は、その表面に不働態皮膜が形成されているので、生産性の高い溶融はんだめっきによって、前記分離帯部の表面に溶融はんだめっき部を形成することなく、その両側に接合用はんだ部を簡単容易に形成することができ、生産性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の電極接続線材について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電極接続線材１を示しており、帯板状で、かつ単層の芯材２と、この芯材２の表面中央部に表面が面一になるように圧接接合された分離帯部３と、前記芯材２の表面で、前記分離帯部３の両側に被覆形成された円弧状に膨らんだ接合用はんだ部４，４を備えている。また、前記芯材２の側面、裏面には被覆用はんだ部５，６が被覆形成されている。
【００１６】
図２は第２実施形態にかかる電極接続線材１Ａを示しており、帯板状で、かつ複層の芯材２Ａを有し、この芯材２Ａは、導電性の良好な純ＣｕあるいはＣｕを主成分として、好ましくは９０mass％以上含有するＣｕ基合金（両者を併せて「銅系金属」という場合がある。）で形成された中間層２２の両側に外層２１，２３が積層形成されている。その他の構成は前記第１実施形態と同様であり、同符号が付されている。
【００１７】
前記単層の芯材２及び複層の芯材２Ａの外層２１，２３は、熱膨張係数が１〜５ ppm／℃程度のＦｅ基合金で形成されている。このようなＦｅ基合金は、太陽電池素子の半導体基板の熱膨張係数（シリコン基板で３ ppm／℃程度）に近似しており、また容易に入手することができる。具体的には、３６〜５０wt％Ｎｉ，残部ＦｅのＦｅＮｉ合金や２０〜３０wt％Ｎｉ，１〜２０wt％Ｃｏ，残部ＦｅのＦｅＮｉＣｏ合金などが好適である。
【００１８】
前記複層の芯材２Ａの場合、中間層２２が厚いほど、導電性はより向上するが、芯材２Ａ全体としての熱膨張率は上がる。このため、芯材２Ａの全厚に対する中間層２２の厚さの割合は２０〜４０％程度、好ましくは２５〜３５％程度とすることが望ましい。勿論、中間層２２の両側の外層２１，２３の厚さは、反りを生じないようにするために同等にすることが好ましい。なお、この芯材２Ａは、中間層２２の素材薄板の両側に、外層２１，２３の素材薄板を重ね合わせてロール圧接し、焼鈍することによって簡単に製作することができる。
【００１９】
前記分離帯部は、不働態皮膜（緻密な酸化膜）を有し、不働態皮膜を形成する材料によって形成される。このような材料として、例えば純Ａｌ，Ａｌを主成分として好ましくは９０mass％以上含有するＡｌ基合金、例えば、ＪＩＳ  １０５０，１０６０，１０８５，１０８０，１０７０，１Ｎ９９，１Ｎ９０を用いることができる。前記アルミニウム系金属の他、純Ｔｉ，Ｔｉを主成分とするＴｉ基合金、その他ステンレス鋼など、その表面に自然に不働態皮膜が形成される金属を用いることができる。特に、アルミニウム系金属は、入手が容易で、低コストであるため好ましい。また、アルミニウム系金属は、単層芯材あるいは複層芯材の外層を低熱膨張Ｆｅ基合金で形成した場合、熱処理によりＡｌとＦｅとが容易に反応して黒色のＡｌ−Ｆｅ金属間化合物を形成し、また表面をエッチングすることにより容易に白色にすることができ、さらにアルマイト処理により種々の色に着色することができる。また、前記分離帯部３は、芯材１，１Ａの全幅に対して、通常、４０〜７０％程度の幅に設定される。
【００２０】
前記接合用はんだ部４及び被覆用はんだ部５，６は、前記分離帯部３が形成された芯材２，２Ａを溶融はんだめっきすることによって被覆形成したものである。適用するはんだ材としては、はんだ付けの際に太陽電池素子の半導体基板に生じる熱応力をできるだけ軽減するように融点が低いはんだ材が好ましい。前記はんだ材としては、融点が１３０〜３００℃程度、好ましくは１８０〜２４０℃程度のＳｎ−Ｐｂ合金、Ｓｎ−０．５〜５mass％Ａｇ合金、Ｓｎ−０．５〜５mass％Ａｇ−０．３〜１．０mass％Ｃｕ合金、Ｓｎ−０．３〜１．０mass％Ｃｕ合金、Ｓｎ−１．０〜５．０mass％Ａｇ−５〜８mass％Ｉｎ合金、Ｓｎ−１．０〜５．０mass％Ａｇ−４０〜５０mass％Ｂｉ合金、Ｓｎ−４０〜５０mass％Ｂｉ合金、Ｓｎ−１．０〜５．０mass％Ａｇ−４０〜５０mass％Ｂｉ−５〜８mass％Ｉｎ合金などが好適である。Ｐｂは人体に有害であり、自然環境を汚染するおそれがあるので、汚染防止の観点からはＰｂフリーのＳｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ合金などのはんだ材が好ましい。また、前記各はんだ材において、溶融はんだの酸化防止のため、５０〜２００ｐｐｍ程度のＰ、数〜数十ｐｐｍのＧａ、数〜数十ｐｐｍのＧｄ、数〜数十ｐｐｍのＧｅの内から１種または２種以上を添加することができる。また、前記はんだ部としては、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕなどの種々の純金属、あるいはこれらの合金を用いて多層構造としてもよい。この場合、溶融後に所期の合金成分となるように各層の厚さを調節する。多層構造は、所定の金属めっきを順次施すことによって簡単に形成することができる。
【００２１】
前記電極接続線材１，１Ａの寸法は、接続する太陽電池素子のサイズにより適宜設定されるが、一辺が１２０mm程度の方形太陽電池素子では、芯材１，１Ａは長さ１２０mm程度，幅５mm程度，板厚２００〜２５０μm 程度とされ、分離帯部３の幅３mm程度，厚さ１０〜１５μm 程度とされ、接続用はんだ部４の平均高さ２０〜３０μm 程度とされる。
【００２２】
ここで、前記電極接続線材の製造方法について簡単に説明する。
まず、芯材２，２Ａの元になる素材帯板を準備し、その表面の中央部に分離帯部の素材となる素材帯板を重ね合わせて圧下率３０〜６０％でロール圧接し、得られたクラッド材をさらに仕上圧延して、分離帯部が表面中央部に埋入した芯材を得る。前記芯材２あるいは芯材２Ａの外層２１を低熱膨張Ｆｅ基合金で、前記分離帯部３をアルミニウム系金属で形成した場合、分離帯部３を黒色にするには、仕上圧延後、７００〜８００℃で１〜２分程度保持する焼鈍を施す。これによって、ＡｌとＦｅとが反応して黒色のＦｅ−Ａｌ金属間化合物が形成される。その後、分離帯部３が芯材２，２Ａの中央部に配置されるように、必要に応じて幅方向端部をスリットして形を整える。次いで、分離帯部３を有する芯材２，２Ａにフラックスを付けて、芯材表面の表面酸化膜を除去した後、溶融はんだ浴に浸漬し、芯材２，２Ａの分離帯部３を除く外周表面にはんだ部４，５，６を被覆形成する。なお、分離帯部３の表面を白色化するには、はんだ部を被覆形成後、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ溶液に浸漬して、分離帯部３の表面をエッチングすればよい。
【００２３】
前記第１、第２実施態様の電極接続線材１，１Ａでは、分離帯部３を除き、芯材の外周表面全体に円弧状に膨らんだはんだ部４，５，６を被覆形成したが、少なくとも芯材表面の分離帯部３の両側に接合はんだ部４が形成されておればよい。もっとも、このように分離帯部３を除き、芯材２，２Ａの外周表面全体にはんだ部を被覆形成することにより、芯材２，２Ａの外周表面の耐食性を向上させることができ、また電極接続線材１，１Ａの導電性を向上させることができる。また、前記はんだ部４，５，６は、溶融はんだめっき部であり、芯材を溶融はんだ浴に浸漬することにより簡単容易に形成することができる。
また、前記電極接続線材１，１Ａでは、分離帯部３は、その素材金属板を芯材２，２Ａに圧接したため、芯材表面に埋入するように形成されているが、埋入状に形成する必要はなく、蒸着法やめっき法により、芯材の上に不働態皮膜を形成する金属層あるいは酸化物層を被覆形成してもよい。
また、前記電極接続線材１Ａでは、中間層２２を銅系金属で、外層２１，２３を低熱膨張Ｆｅ合金で形成したが、中間層２２を低熱膨張Ｆｅ合金で、外層２１，２３を銅系金属で形成してもよい。この場合についても、低熱膨張Ｆｅ合金で形成される層の合計厚さが大きいほど、太陽電池素子に生じる熱応力を軽減することができるため、芯材の全厚に対する外層（銅系金属層）の合計厚さの割合は２０〜４０％程度とすることが好ましい。
【００２４】
次に、前記第１実施形態の電極接続線材１を用いて接続した太陽電池を図３を参照して説明する。
この太陽電池は、多数の太陽電池素子が前記電極接続線材１によって直列に接続されて構成されており、隣接する左右一対の太陽電池素子の接続部を図３に示す。太陽電池素子Ｃ１，Ｃ２の裏面の両端部には、極性の異なる電極端子Ａ，Ｂが突設されており、図例では左側の太陽電池素子Ｃ１の右端部に電極端子Ｂが設けられ、右側の太陽電池素子Ｃ２の左端部に極性の異なる電極端子Ａが設けられ、これらの電極端子Ａ，Ｂが対向するように左右の太陽電池素子Ｃ１，Ｃ２が１mm程度の間隔を置いて配置されている。前記電極端子Ａ、Ｂはそれぞれ電極接続線材１の分離帯部３の両側に形成された接続用はんだ部４，４にはんだ付けされて、直列に接続されている。はんだ付けは、接続用はんだ部４を形成するはんだ材の融点より２０〜３０℃高い温度で行われる。
【００２５】
本発明の電極接続線材１によれば、幅方向の中央部に不働態皮膜を有する分離帯部３が形成され、この部分には溶融はんだめっき部が形成されていないので、はんだ付けの際に、当該はんだ部が溶けた溶融はんだが太陽電池素子の裏面に付着することなく、分離帯部３によって左右に隔てられて形成された接続用はんだ部４が一旦溶けて、凝固したはんだ部４Ａにより電極端子Ａ，Ｂをはんだ付けすることができる。また、電極接続線材１の芯材２は、低熱膨張合金で形成されているため、はんだ付けの際に、太陽電池素子Ｃ１，Ｃ２の半導体基板に生じる熱応力が軽減され、基板に割損が生じ難い。なお、図３は、第１実施形態に係る電極接続線材１を用いて太陽電池素子の異極性の電極端子同士を接続したものであるが、第２実施形態の電極接続線材１Ａを用いた場合においても同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる電極接続線材の横断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかる電極接続線材の横断面図である。
【図３】本発明の電極接続線材によって直列接続された太陽電池素子の接続部を示す太陽電池の要部断面図である。
【図４】従来の電極接続線材の横断面図である。
【図５】従来の電極接続線材によって直列接続された太陽電池素子の接続部を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，１Ａ  電極接続線材
２，２Ａ  芯材
３  分離帯部
４  接続用はんだ部
２２  中間層
２１，２３  外層
Ｃ１，Ｃ２  太陽電池素子
【図１】
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【図２】
2006245153.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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